EUV光刻机走到止境？

近日，全球最大的光刻机设备供给商荷兰阿斯麦（ASML）的首席技术官Martin van den Brink表示，目前ASML正在有序地推行着此前制定的道路图，之后EUV技术将晋级为High-NA EUV技术，准备在明年向客户托付首台High-NA EUV光刻机。但关于High-NA技术之后的Hyper-NA，Martin van den Brink对其持疑心态度，由于技术难度的大幅提升，招致制造和运用本钱都高得惊人，且不一定能真正投入消费。受此约束，Martin van den Brink指出：“High-NA技术很可能成为EUV光刻技术的终点，半导体光刻技术之路已走到止境。”

　　新一代High-NA EUV光刻机将于明年托付

　　持久以来，EUV光刻机都是先进制程得以持续的必备设备，作为全球第一大光刻机设备商，同时也是全球独一可提供EUV光刻机的设备商，ASML承接的各大半导体厂商的订单堆积成山。因而，去年ASML就曾经进步了两次消费目的，希望到2025年，年出货量能到达约600台DUV（深紫外光）光刻机以及90台EUV（极紫外光）光刻机。所以，在市调机构CINNO Research发布的2022年上半年全球上市公司半导体设备业务营收排名Top10报告中，ASML排名第二。

　　EUV光刻技术方面，依照ASML此前制定的道路图，之后EUV技术将晋级为High-NA EUV技术。据Martin van den Brink引见，开发High-NA EUV技术的最大应战在于，为EUV光学器件构建计量工具，所装备的反射镜尺寸为前一代的两倍，需求将其平整度控制在20皮米以内。此外，还需求在一个“能够包容半个公司”的真空容器内停止考证，该容器位于蔡司公司，ASML估计将于明年拿到第一个镜头。

　　相较于装备了0.33数值孔径透镜的EUV系统，High-NA EUV光刻系统将提供0.55数值孔径，精度将更高，能够完成更高分辨率的图案化，以及更小的晶体管特征。估计明年ASML将向客户托付首台High-NA EUV光刻机。托付后，EUV光刻机将不再是最先进的设备，理论上就可以完成自在出货。

　　台积电担任研发和技术的高级副总裁Y.J.Mii博士此前透露，台积电将在2024年购置ASML的High-NA EUV光刻机，目的是在2025年量产2纳米制程工艺。

　　英特尔同样也已下单，谁将拿到第一台High-NA EUV光刻机还是个悬念。

　　售价和耗电量将进一步提升

　　固然High-NA EUV光刻机的强大性能能够将先进制程推往下一阶段，但其也使本钱大幅增长。

　　首先就是售价，全新一代High-NA EUV光刻机的售价估计将超越3亿美圆，是传统EUV光刻机售价的3倍左右，这意味着台积电等各大厂商的设备本钱将再次提升。

　　其次是耗电量，EUV光刻机本就是耗电大户，而由于High-NA EUV光刻机关于光源的需求大幅提升，耗电量也将从1.5兆瓦提升到2兆瓦。此外，还需求运用水冷铜线为其供电。

　　台积电目前曾经装置了超80台EUV光刻机，此前就因不堪电费的重负，曾经关闭了4台EUV光刻机。他们还方案在2023年上调先进工艺的代工价钱，以减轻财务担负。

　　这也是Martin van den Brink不看好再下一代EUV光刻技术——Hyper-NA EUV的基本缘由，固然理论上Hyper-NA EUV光刻能够提供0.75左右的数值孔径，但因其技术难度将大幅提升，招致其制造和运用本钱都高得惊人，且不一定能真正投入消费，性价比根本没有。

　　所以受此约束，Martin van den Brink更是大胆预测：“假如本钱控制问题处理不了，High-NA技术很可能成为EUV光刻技术的终点，半导体光刻技术之路就将走到止境。”

　　北京半导体行业协会副秘书长朱晶表示，将来更先进的制程工艺很可能没有大范围的增量市场停止支撑了，如手机、PC和数据中心等市场的增量范围，曾经无法支撑Hyper-NA EUV光刻机的巨量研发投入。另外，能源耗费量也无法承当，除非元宇宙、区块链这些新场景的浸透率快速提升，对先进工艺的需求增量快速增加，不然，High-NA光刻技术就将是EUV光刻的结局了。

　　EUV光刻统治位置不保新技术更具潜力

　　随着EUV光刻机所暴露的问题越来越多，更多的企业和大学都在想方设法绕道而行，目前曾经有多项技术脱颖而出。

　　9月21日，美国原子级精细制造工具的纳米技术公司Zyvex Labs发布公告，已推出世界上最高分辨率的光刻系统“ZyvexLitho1”，其基于STM扫描隧道显微镜，运用的是EBL电子束光刻方式，能够制造出0.7纳米线宽的芯片，相当于2个硅原子的宽度，是当前制造精度最高的光刻系统。

　　据悉，ZyvexLitho1光刻系统的高精度光刻能够用于实验室阶段高端制程工艺的产品研发，是传统芯片制造所需光刻机的一个应用补充，主要可用于制造关于精度有较高请求的量子计算机的相关芯片，例如高精度的固态量子器件、纳米器件及资料，对半导体产业的开展具有宏大的促进作用。目前，Zyvex Labs曾经开端承受订单，据悉，6个月内就可出货。

　　关于这个新型光刻系统能否会要挟到EUV光刻的统治位置，赛迪参谋集成电路产业研讨中心一级咨询专家池宪念表示：“短期内并不会。”池宪念以为ZyvexLitho1是一种运用电子束曝光作为光刻方式的设备，与传统光刻机工作原理睬有明显的差别。它是经过电子束改动光刻胶的溶解度，最后选择性地去除曝光或未曝光区域。它的优势在于能够绘制10纳米以下分辨率的自定义图案，属于无掩模光刻直接写入的工作方式，精度远高于目前的传统光刻机。但是由于这类设备的单个产品光刻的工作时间要在几小时到十几小时不等，工作效率方面还需进一步进步，因而不会快速取代EUV光刻机。

　　此外，还有多电子束直写光刻机（MEB）、定向自组装技术（DSA）以及纳米压印技术（NIL）等技术作为候选。其中，MEB被普遍应用于掩膜的制造，分辨率可到达2纳米，将来将被用于在晶圆上直接描写图形而不借助掩膜版。DSA则应用两种聚合物资料的定向生出息行加工，关于资料的控制请求高，生长缺陷大，目前还不能真正用于消费，但可统筹分辨率极高的加工速度需求。

　　NIL技术也被视为是最佳替代计划。据理解，NIL技术（纳米压印微影技术）是在一个特殊的“印章”上先刻上纳米电路图案，然后再将电路图案“压印”在晶圆上，就像盖章一样。由于没有镜头，NIL技术比EUV要省钱得多。依据佳能等厂商发布的音讯，NIL的耗电量可压低至EUV消费方式的10%，设备投资也将降低至40%。

　　日本的半导体厂商铠侠从2017年就开端与佳能等半导体企业协作，研发NIL的量产技术，且已胜利控制15纳米量产技术，目前正在停止15纳米以下技术研发，估计2025年将达成，精度可达5纳米。